16、Linux 内存管理与 DMA 操作全解析

Linux 内存管理与 DMA 操作全解析

1. 引言

在 Linux 系统中，内存管理是一个核心且复杂的领域，对于设备驱动开发者来说，掌握相关技术至关重要。本文将深入探讨 Linux 内存管理的关键技术，包括内存映射（mmap）、直接内存访问（DMA）以及直接 I/O 操作等，帮助读者理解这些技术的原理和应用。

2. Linux 内存管理基础

2.1 地址类型

Linux 作为一个虚拟内存系统，存在多种地址类型，每种类型都有其特定的用途和语义：
- 用户虚拟地址 ：用户空间程序可见的常规地址，长度取决于底层硬件架构，每个进程都有自己的虚拟地址空间。
- 物理地址 ：处理器与系统内存之间使用的地址，长度为 32 位或 64 位，即使是 32 位系统在某些情况下也可使用更大的物理地址。
- 总线地址 ：外设总线与内存之间使用的地址，通常与处理器使用的物理地址相同，但在某些架构中可能不同，可能需要 I/O 内存管理单元（IOMMU）进行地址重映射。
- 内核逻辑地址 ：内核的正常地址空间，映射了部分或全部主内存，常被视为物理地址，与物理地址通常仅相差一个常量偏移。
- 内核虚拟地址 ：与逻辑地址类似，是从内核空间地址到物理地址的映射，但不一定具有逻辑地址空间的线性一对一映射关系。

可以通过 __pa() 和 __va() 宏进行内核逻辑地址和